地理信息系统_第8章_地理信息系统产品的输出设计

打印输出；显示内容可以调整，并且地图连接数
据库等。
❖ 基本特征：
1）交互性
2）无级缩放
3）无缝
4）动态载负量调整
5）多维化
6）信息丰富化
7）共享性
8）具有基本的计算、统计和分析功能
电子地图
❖ 按输出的内容和形式分类
❖ l．全要素地形图 全要素地形图的内容包括水系、地貌、
植被、居民地、交通、境界、独立地物等。 它们具有统一的大地控制、统一的地图投影 和分幅编号，统一的比例尺系统(1：l万、1： 2.5万、1：5万、1：10万、1：25万、1：50 万、1：100万)，统一的编制规范和图式符号， 属于国家基本比例尺地形图(图8-1)。它们是 编制各类专题地图的基础。
❖ 我国从1954年起选定北京某点为坐标原点，用精密 天文观测的方法测定该点的天文纬度、天文经度和 该点到附近另一点的天文方位角，并把它们分别视 为该点的大地纬度、大地经度 和大地方位角。其他
地方所有控制点的坐标，均由北京原点为起始点测 算，这种平面坐标系统，称为"l954年北京坐标系"。 1980年改为在陕西省泾阳县永乐镇设立新的大地原 点，根据该点推得的坐标，定名为"1980年大地坐 标系"。
❖ 地图投影类型。地图投影基本上可以依外在 的特征和内在的性质进行分类。前者体现投 影平面上经纬线投影的形状，具有明显的直 观性;后者则是投影变形的实质。首先按照经 纬线形状来分类，P230
❖ 其次，按照变形特征来分类 P230
❖ 在我国，国家基本比例尺系列地形图（1：l 万至1：50万）采用全球统一分带的高斯-克 吕格投影，1:100万则采用正轨等角割圆锥投 影(Lambert投影)，大部分省区图以及大多数 这一比例尺的地图也采用了这一投影，少部
(2) 数字地图是以计算机可以识别的数字代码系
统反映各类地理特征，可以在计算机软件的支持下 借助高分辨率的显示器实现地图的显示。
(3) 数字地图便于与遥感信息和地理信息系统相
结合，实现地图的快速更新，同时也便于多层次信 息的复合分析。
电子地图
❖ 电子地图的基本概念：即已经数字化了的地图。
可以存储在数字存储介质上；可以显示在屏幕或
第八章 地理信息系统产品的 输出设计
❖ 第一节 地理信息系统产品的输出形式 ❖ 第二节 地理信息系统图形输出系统设计 ❖ 第三节 地理信息系统的可视化与虚拟现实
第一节 GIS产品的输出形式
❖ 1、GIS产品及其类型 ❖ 按输出的载体类型分类
❖ 常规地图(纸张地图) 指印刷在纸张、塑料薄膜等材质载体上的
❖ (2)线状符号。铁路、公路、界线、堤坝等线状地物 都采用线状符号表示(图8-9)，其特点是在两个点间 除了趋势性的各种线划外，中间还有其他一些符号， 这些线状符号可以用一组数学表达式描述
❖ (2) 输出设备的物理坐标系与逻辑坐标系。
❖ 在设计、描述图形对象时，用户使用的是对象所在 的世界坐标系(用户坐标系)，在输出时，往往便用 与设备物理参数有关的设备坐标系(device coordinates，简称DC)。设备坐标系是物理设备的 输入/输出门(I/O)空间。因此，设备坐标系又称为物 理坐标系。
地图，是地理信息系统产品的重要输出形式。 它主要是以线划、颜色、符号和注记等表示 地形地物。
❖ 数字地图：以计算机为存储和显示载体的地 图形式
❖ 数字地图的核心是以数字形式来记录和存储地图。 与常规地图相比，数字地图有以下几个优点: (1) 数字地图的存储介质是计算机磁盘、磁带等， 与纸张相比，其信息存储量大、体积小，易携带。
专题地图定点符号法举例
专题地图质别底色法举例
专题地图分区图表法举例
专题地图点值法举例
❖
3．遥感影像地图
随着遥感技术，特别是航天遥感技术的发展，遥感影像
地图以成为地理信息系统产品的一种表达形式。
❖ 遥感可以提供及时、准确、综合和大范围的各种资源与环境 数据，成为地理信息系统重要数据源之一。
❖ 同时，在将遥感图像进行纠正的基础上，按照一定的数学法
的黑色,故CMY又写成 CMYK
相减原色及其混合色
绿
减蓝 黄
减红 青 黑 红
蓝品 减绿
❖ 3．地理信息系统图形数据结构与数据库 P228
❖ (1) 二维矢量图形结构 ❖ (2) 栅格图像数据结构
❖ 2.2 输出的几何变换 在地理信息系统的输出过程中，如何实
现从用户坐标系到荧屏坐标系的变换，这就 涉及到几何变换问题。在此分别给出二维图 形和三维图形的主要变换类型及其变换矩阵， 以及我国常用地图投影的正反解变换公式。
二维图形的几何变换
❖ 比例变换
SCALE
❖ 旋转
ROTATE
❖ 平移
MOVE
❖ 镜像
MIRROR
❖ 观察变换
PAN, ZOOM
❖ 2. 地图投影变换 在地理信息系统中，各种地图图形的输出是其
产品的主要表现形式。比例尺、投影和图例是地图 必须具备的三项基本要素。所谓地图投影，就是建 立平面上的点(用平面直角坐标或极坐标表示)和地 球表面上的点(用纬度和经度表示)之间的函数关系， 用数学式表达这种关系，就是地图投影变换就是从 一种地图投影变换为另一种地图投影。其实质是建 立两平面场之间及邻域双向连续点的一一对应的关 系。下面介绍地图投影的类型和常用投影的正反解 计算。
❖ 4．统计图表与数据报表 在地理信息系统中，属性数据大约占数
据量的80%左右。它们是以关系（表）的形 式存在的，反映了地理对象的特征、性质等 属性。属性数据的表示方法，可以采用前面 所列的专题图的形式，同时还可以直接用统 计图表和数据报表的形式加以直观表示。
统计图表举例
❖ 二、网络地图和数字地球
RGB
❖ 任意色光 F＝r [ R ] + g [ G ] + b [ B ] ❖ RGB色彩空间可用一个三维立方体来描述:
CMY / CMYK
❖ 从白光中减去某种颜色后 的颜色
❖ 彩色印刷中使用一些能够 吸收特定的光波而反射其 它光波的油墨或颜料
❖ CMY空间与RGB空间互补 ❖ 在印刷术中常加一种真正
❖ (3) 平移变换。平移变换是将平面上任意一点 沿x方向移动tx，沿y方向移动ty，
❖ (4) 镜像变换。镜像变换就是将平面上的三维 图形绕一直线ax+by+c=0作对称变换。
❖ (5) 观察变换。观察变换就是把用户坐标系中 指定窗口内的图形映射到荧屏上的视图区的 过程。通过修改窗口的位置和大小，就可以 实现对画面的漫游和缩放。
❖ 1998年1月，美国副总统戈尔在加州科学中 心做了题为《数字地球》的演讲。之后，数 字地球引起了各国各部门以及众多专家学者 的极大关注。戈尔认为，数字地球是一种能 嵌入海量数据的多分辨率的真实地球的三维 描述。由此可看出，数字地球的核心思想有 两点:一是用数字化手段统一处理地球问题;二 是最大限度地利用信息资源。可以说，用数 字形式表达的真实地球的图形，即数字地图 无疑将成为数字地球的基础。
第二节 GIS图形输出系统设计
❖ 图形坐标系与颜色模型
▪ 图形坐标系统； ▪ 颜色模型与颜色空间； ▪ 地理信息系统图形数据结构与数据库。
❖ 输出的几何变换
▪ 二维图形变换； ▪ 三维图形变换； ▪ 地图投影变换。
❖ 地形图与专题图的输出组织形式
▪ 透明图层与影像图层； ▪ 专题图的符号系统。
❖ 1. 图形坐标系统 (l)地球表面的世界坐标系与大地坐标系。
❖ 每一种图形设ຫໍສະໝຸດ Baidu都有其独有的坐标系，如图形显示 器使用荧屏坐标系，其坐标原点大都在左上角;绘图 机使用绘图坐标系，其坐标原点在板面的左下角等。
❖ 早期的图形程序(或软件包)大多是在世界坐标 系(用户坐标系)上绘图，然后直接映射到设备 坐标空间(DC)显示输出，这就给设备的更换 和软件的移植带来许多不便。
则，运用特定的地图符号，结合表示地面特征的地图，可以 将遥感图像编制成遥感影像地图。
❖ 遥感影像地图具有遥感图象和地形图的双重优点。既包含了
遥感图像的丰富信息内容，又保证了地形图的整饰和几何精 度。
❖ 遥感影像地图按其内容又可分为普通影像地图和专题影像地 图。两者的主要区别在于:前者表示包括等高线等地形内容要 素，后者主要反映专题内容。
2. 颜色模型与颜色空间
❖ RGB
三原色叠加后的混合色，工业界的一种颜色标准， 目前运用最广的颜色系统之一。
Red(红) : Green(绿) : Blue(蓝)
❖ CMY / CMYK
用于彩色印刷 Cyan(青) : Magenta (品红) : Yellow(黄) : blacK ( 黑)
❖ 世界坐标系(world coordinates，简称WC)，有时也 称为用户坐标系。一般由用户自己选定，与机器设 备无关。图形入库时所依据的就是这种坐标系。由 于图形输出是面向用户的，因此图形输出时应当仍 然采用用户所使用的坐标系。用户坐标空间一般为 实数域，理论上是连续的，无限的。作业区的左下 角的坐标值通常为非零值。
❖ 1. 二维图形变换 二维图形的变换类型主要包括比例、旋转、 平移、镜像、观察变换等。 (1)比例变换。比例变换就是将平面上任意一 点(x，y)的横坐标放大或缩小s11倍，纵坐标 放大或缩小s22倍。
❖ (2) 旋转变换。旋转变换就是将平面上任意一 点绕原点旋转θ角，一般规定逆时针方向为正， 顺时针方向为负。
❖ 2.3 地形图与专题图的输出组织形式 1. 透明图层与影像图层 计算机中的地图通常以图层进行组织，每一图层包含地
图的一个不同部分。地图中的各种要素，如境界线、交通线、 居民地等等，常放在不同图层中。图层是透明的，各图层叠 加在一起构成完整的一幅地图。
❖ 例如，第一个图层包含国家界线，第二个图层有表示各省会 城市的符号，第三个图层由文本标注组成。将这些透明的图 层叠加在一起就建立了一幅完整的地图。利用透明图层可以 实现GlS数据的制作和管理，同时又不影响地图输出。 MapInfo中利用layer表示图层;ARC/INFO中是用Coverage表 示图层的。
❖ 2．各类专题图 专题图是突出表示一种或几种自然或社
会经济现象的地图。它主要由地理基础和专 题内容两部分组成。从专题图内容或要素的 显示特征来看，一般包括空间分布、时间变 异以及数量、质量特征三个方面。
❖ 专题图按照空间分布的点状、线状和面状分 布大致有以下的一些表示方法:定点符号法、 线状符号法、质别底色法、等值线法、定位 图表法、范围法、点值法、分级比值法、分 区图表法和动线法等(图8-2)。
遥感影像也可以作为图层进行组织。同一幅地图的遥感 影像经图像配准后，可以与矢量图层进行叠合。
❖ 2. 专题图的符号系统 专题图的符号位置取决于实体位置，形
状取决于实体的质最或数最特征。专题图的 符号可以分为点位符号、线状符号和面状符 号。
❖ (1) 点位符号。点位符号包括简单符号、结构 符号、扩展符号和统计符号图（8-7)，根据 制作方式又分为象形符号和规则符号。象形 符号采用连接散点或信息块的方法。规则图 形符号通常可以通过折线和圆弧连接而成， 这些折线和圆弧可以用解析几何的数学规则 计算出参数。
❖ 为此，在世界坐标系(WC)和设备坐标系(DC) 之间定义了一个与设备无关的规范化设备坐 标系(normalized device coordinates，简称 NDC)。这种坐标系的每一维坐标的取值范围 可以为[0，1]，也可以是0到65535之间的整 数。为了与物理坐标系相区别，这种坐标系 又可称为逻辑坐标系。
❖ 我国1:50万和更大比例尺地形图采用的高斯＿克吕 格投影坐标系、小比例尺地图所采用的各种特定的 投影坐标系、某些没有经纬网控制的地区图幅的局 部坐标系等均是用户坐标系。
❖ 大地坐标系(geoetic coordinates)是地理坐标系的一 种。大地原点是大地坐标的起算点，一般由国家或 地区选定。大地坐标采用由大地测量方法决定的大 地纬度(B)和大地经度(L)。
分采用了斜轴等距离方位投影，中国全图多 采用斜轴方位投影。
❖ (2) 常用投影的正反解计算。在地理信息系统 中，常需要将一种地图投影的坐标变换为另 一种地图投影的坐标。投影变换通常采用三 种方法:①解析变换法; ②数值变换法; ③数值解析变换法。解析方法分为两种情况，即反 解和正解。当需要将原图投影的直角坐标反 算到地理坐标时，最常用的就是反解方法。 而把地理坐标代入新图投影的公式，求得新 图投影的直角坐标，即为正解。